風管系統(tǒng)靜壓箱局部阻力分析與計算

張景軍

三和工程設備（蘇州）有限公司

0 引言

筆者近期在某潔凈廠房改造工程中遇到風管系統(tǒng)風量達不到設計值的問題。為了查明原因，決定對風管系統(tǒng)進行局部阻力測定。在各管件（三通、彎頭、靜壓箱、風口等）或者管段兩端開風量測定孔，通過對其前后兩個測定點的靜壓差實測值與設計值進行比較，明確問題所在。這也恰好提供了一次難得的檢討風管系統(tǒng)靜壓計算方法的機會。靜壓箱作為風管系統(tǒng)中的重要配件，局部阻力系數(shù)大，其阻力值大小直接影響整個風管系統(tǒng)的阻力取值。因此，靜壓箱的局部阻力計算必須引起足夠的重視。

1 靜壓箱局部阻力分析與計算

根據(jù)靜壓箱的結構特點，影響阻力的因素主要有兩個方面：一是通風管道急擴大或急縮小引起的局部阻力；二是靜壓箱內風流方向改變引起的局部阻力。據(jù)此可以把它分解為急擴大+變截面直角彎頭+急縮小進行局部阻力計算。

圖1 靜壓箱結構示意圖

筆者舉實際工程中所用靜壓箱尺寸為3000mm（長）×2000mm（寬）×1000mm（高），進出風管的尺寸分別為1000mm×1000mm和1200mm×1000mm，如圖1。

局部阻力的計算公式：

式中：△P為局部阻力（局部壓力損失），Pa；ζ為局部阻力系數(shù)；V為空氣流速，m/s，采用小斷面之風速；ρ為空氣密度，1.204kg/m3。

由局部阻力計算公式可知，風量及風管尺寸確定的情況下，風速為定值。局部阻力計算的關鍵在于局部阻力系數(shù)的取值。

1.1 急擴大的局部阻力系數(shù)

對于①和②之間的急擴大，根據(jù)《實用供熱與空調設計手冊》[1]關于矩形風管金字塔型擴散管（圖2）的阻力系數(shù)取值（表 1），當 θ(°)=180°時即是急擴大的情景，由于 A1/A0=(3000×2000)/(1000×1000)=6，則 A1/A0=6條件下 ζ=0.75。

圖2 矩形風管金字塔型擴散管

表1矩形風管金字塔型擴散管的阻力系數(shù)

1.2 變截面直角彎頭的局部阻力系數(shù)

對于①和③之間的變截面直角彎頭，根據(jù)《實用供熱與空調設計手冊》第二版[2]關于進口/出口變斷面的90°矩形彎管（送風系統(tǒng)）（圖3）的阻力系數(shù)取值（表2），由于 W0/W1=1000/2000=0.5，H/W1=3000/2000=1.5，則可近似值W0/W1=0.6，H/W1=1時的局部阻力系數(shù)ζ=0.60或者計算插值。

圖3 進口/出口變斷面的90°矩形彎管（送風系統(tǒng)）

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1.3 急縮小的局部阻力系數(shù)

對于②和③之間的急縮小，根據(jù)《實用供熱與空調設計手冊》第二版[2]關于靜壓箱與帶有突然收縮的矩形風管連接（送風系統(tǒng)）（圖4）的阻力系數(shù)取值（表3），當 θ(°)=180°時即是急縮小的情景，由于 F0/F1=(1200×1000)/(3000×1000)=0.4，則 ζ=0.34。

圖4 靜壓箱與帶有突然收縮的矩形風管連接（送風系統(tǒng)）

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1.4 實測過程及相關儀器

風量的測定：風管內的風速用北京檢測儀表有限公司生產的ZRQF-F30J型智能熱球式風速計進行測定。如圖5所示，在靜壓箱出風接管1200mm×1000mm的上端面、長邊1200mm處按邊長200mm橫向均勻開風量測定孔6個，根據(jù)探桿每次伸入的長度，將測定截面分成30個邊長為200mm的正方形小截面，測試點位于小截面中心，共30個點。則風量為各小截面風速與面積的乘積之和。

圖5 測點布置圖

靜壓差的測定：如圖1所示，在①、②、③處分別開風量測定孔，用量程為0～±60Pa的Dwyer壓差表連接橡皮管分別測圖1中①和②、②和③之間的靜壓差，得出急擴大和急縮小的局部阻力值。

理論計算值及實測值如表4所示。

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筆者引用日本研究人員就有關的阻力系數(shù)的實驗數(shù)據(jù)[4]，見圖6與表5。

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由表4可見，實測值接近于理論計算值，證明這種計算方法經得住實踐的檢驗。

2 關于靜壓箱內急擴大的阻力系數(shù)值

在《實用供熱與空調設計手冊》第二版中，詳盡地給出了靜壓箱內急縮小的局部阻力系數(shù)表，而靜壓箱內急擴大的局部阻力系數(shù)數(shù)據(jù)不足。對于這種情況，筆者引用日本研究人員就有關的阻力系數(shù)的實驗數(shù)據(jù)[4]，見圖6與表5。

圖6 靜壓箱連接示意圖

表5實驗數(shù)據(jù)

從實驗數(shù)據(jù)可見，靜壓箱急擴大的局部阻力系數(shù)與入口風管接管方式也有關。對于工程項目中最普遍的入口只有一根接入風管、進風風向和出風方向呈90°的情景，可以參考圖6中實例5的情景，取阻力系數(shù)為0.75比較合適。

3 國外相關標準

對于靜壓箱的局部阻力計算，日本一般根據(jù)“公共建筑協(xié)會”頒布的《建筑設備設計計算書作成指導手冊》[3]為依據(jù)，把靜壓箱的局部阻力分解為（入口）急擴大+（出口）急縮小進行計算（因為靜壓箱內的風速很小，其風流方向改變所引起的沿程阻力可忽略不計）。對于內貼消聲保溫材料的消聲靜壓箱和普通靜壓箱局部阻力值的差異不做區(qū)分，在最終的風系統(tǒng)壓力損失計算總值乘以一定的安全系數(shù)中予以考慮。

4 結論

風管系統(tǒng)的阻力計算是風機選型的基礎性工作。風機選型不當，會使風機運行工況嚴重偏離高效區(qū)，導致風機效率降低，能耗增大。為了準確計算風機壓頭，就必須對風管系統(tǒng)中各部件的局部阻力計算有詳細和深入的了解，這樣才能為風機選型提供準確的依據(jù)。靜壓箱的局部阻力計算作為風機選型靜壓計算過程中必不可缺的一環(huán)，應該得到大家的重視。

[1] 陸耀慶.實用供熱與空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006

[2] 陸耀慶.實用供熱與空調設計手冊（第二版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

[3] 日本公共建築協(xié)會.建築設備設計計算書作成の手引[M].2009

[4] 柳原茂,橋本幸博.混合チャンバーの空気力學的特性（その2）抵抗係數(shù)の評価と総合評価[J].日本建築學會大會學術講演梗概集,2001,(9):615-616